Введение к работе
В настоящее время на нефтепромыслах России значительно выросла обводненность добываемой нефти. В Республике Татарстан (РТ), например, на предприятиях акционерного общества (АО) "Татнефть" она превышает 80^. Увеличение обводненности нефти сопровождается ростом объёмов нефтепромысловых (нефтесодержащих) сточных вод (НСВ), образующихся в процессе её промысловой подготовки. Утилизация НСВ очень сложна, поскольку они содержат значительное количество растворенных минеральных солей, эмульгированной нефти и твердых взвешенных веществ, что препятствует сбросу НСВ в поверхностные источники. В настоящее время их утилизация осуществляется путем закачки в продуктивные нефтеносные горизонты с целью увеличения пластового давления. При этом для обеспечения долговременной приемистости нагнетательных скважин необходима очистка НСВ от нефтепродуктов и взвешенных веществ. С ростом обводненности нефти возникает также много проблем при её подготовке (предварительном обезвоживании).
Таким образом,создание высокоэффективного напорного блочного высокоиндустриального оборудования для очистки НСВ и разделения эмульсий типа "вода в нефти" (В/Н) является актуальной научной проблемой.
Казанская государственная архитектерно-строительная академия (КазГАСА) при участии соискателя в течение ряда лет занимается исследованиями процессов интенсификации очистки НСВ и разрушения эмульсий типа В/Н в гидроциклонах с противодавлением на сливах и установках, работающих по технологической схеме "гидроциклон-от-
стойник" (установки типа ЕГО).
Настоящая работа выполнена в соответствии с комплексной научно-технической программой Минвуза РСФСР "Человек и окружающая среда. Проблемы охраны природы"; постановлением ГКНГ № 313 по выполнению задания 05.17 целевой комплексной программы О.Ц.007 (разработка блочной автоматизированной установки для утилизации пластовых вод), планами по разработке и внедрению новой техники и технологии Миннефтепрома СССР и по внедрению блочных гидроциклонных установок на объектах производственного объединения (ПО) "Татнефть", а также планами по внедрению новой техники Донецкого экскаваторного завода (г.Донецк, Ростовская область), Ворошилов-градского тепловозостроительного завода (г.Ворошиловград), локомотивного депо станции Юдино (И1) и Альмзтьевского трубного завода (г.Альметьевск, РТ).
Цель и задачи работы. Целью диссертации является исследование работы гидроциклонов с противодавлением на сливах и установок типа ЕГО, как аппаратов для очистки НСВ и разделения эмульсий типа В/Н, а также разработка и внедрение высокоэффективных блочных установок очистки НСВ и предварительного обезвоживания высокооб-водненных нефтей с очисткой отделяемой пластовой воды.
Для достижения поставленной задачи разработана и экспериментально апробирована математическая модель гидродинамики установок типа ЕГО; экспериментально исследованы процессы очистки НСВ в гидроциклонах с противодавлением на сливах и установках, работающих по схеме "гидроциклон-отстойник"; экспериментально исследованы процессы разрушения эмульсий типа "вода в нефти" в гидроциклонах
с противодавлением на сливах; разработаны новые технологии "изготовления стальных и пластмассовых гидроциклонов; разработаны новые конструкции установок типа ЕГО, предназначенные для очистки НСВ и обезвоживания высокообводненных нефтей с очисткой отделяемой пластовой воды; испытаны промышленные образцы этих установок; определены технико-экономические показатели данных установок.
Научная новизна. Установлена возможность и разработана методика применения бесконтактного оптического шлирен-метода для исследования процессов движения жидкости в горизонтальном напорном отстойнике. Получены тенеграммы процесса движения жидкости в горизонтальном отстойнике, установлена структура потоков и выбран оптимальный гидродинамический режим в этом аппарате. Разработана математическая модель гидродинамики установки типа БГО и доказана её адекватность. Показана возможность применения математической модели установок типа БГО для прогнозирования эффективности их работы.
Определены оптимальные геометрические и технологические параметры гидроциклонов с противодавлением на сливах, предназначенных для очистки НСВ. Разработана методика расчёта этих гидроциклонов. Определено время, необходимое для очистки НСВ, обработанных в гидроциклонв, методом отстаивания.
Определены оптимальные геометрические и технологические параметры гидроциклонов с противодавлением на сливах, предназначенные для разделения эмульсий типа В/Н. Разработана методика расчёта этих гидроциклонов. Определено время, необходимое для обезвоживания нефтей, обработанных в гидроциклонах, методом отстаивания.
Определено время, необходимое для очистки от нефтепродуктов методом отстаивания пластовых вод, отделенных отвысокообводненных нефтей в напорных гидроциклонах с противодавлением на сливах. Разработана методика определения дисперсного состава эмульсий типа В/Н.
Установлено, что при обработке нефтяных эмульсий первого и второго рода в гидроциклонах с противодавлением на сливах происходит разрушение бронирующих оболочек частиц дисперсной фазы, а также их коалесценция и увеличение монодисперсности.
Практическая ценность и реализация результатов исследований. Разработаны новые технологии изготовления стальных и пластмассовых гидроциклонов. На предприятиях ПО "Завод им.Серго" (г.Зелено-дольск, РТ) выпущена опытно-серийная партия гидроциклонов и батарей гидроциклонов.
Разработаны новые конструкции гидроциклонных установок для очистки НСВ (а.с. № 1082769, І2289ІЗ, 1699935 и І69994І), в также для обезвоживания высокообводненнюс нефтей с очисткой отделяемой пластовой воды (а.с. №№ І456І78 и 1636006).
Разработаны и реализованы блочная автоматизированная установка ШШ-3000 (г.Казань), гидроциклонная установка ГУ-150 (Петрозаводский грузовой порт), блочная гидроциклонная станция БГС-ЮООС (нефтегазодобывающее управление (НТДУ) "Бавлынефть" ПО "Татнефть"! блок гидроциклон-отстойник БГО-1,7 (локомотивное депо станции Едино, РТ), гидроциклонно-отстойная установка ГОУ (Альыетьевский трубный завод, РТ), гидроциклонно-отстойная установка ГОУ-1,5 (локомотивное депо станции Юдино), блок гидроциклон отстойник
БГО-24 (Казанское производственное объединение грузового автотранспорта № 6), блочная гидроциклонная установка предварительного сброса с очисткой отделяемой пластовой воды БГУПС-5000 (НГДУ "Еавлынефть", FT).
Промышленные испытания блочной гидроциклонной станции БГС-3000 (НГДУ "Елховнефть" ПО "Татнефть"), блока гидроциклон-отстойник БГО-300 (Донецкий экскаваторный завод, Ростовская область) и установки гидроциклонной отстойной УГ0-І50 (Ворошиловградский тепловозостроительный завод, Украина), в которых вместе с группой сотрудников КазГАСА принимал участие соискатель, показали их высокую эффективность для очистки НСВ.
Экономический эффект от внедрения гидроциклонных установок для очистки НСВ составил 525 тысяч рублей в год (в ценах 1984 г.).
Апробация. Основные положения диссертационной работы доложены на ХХХІУ - ХЬШ научных конференциях Казанского инженерно--строительного института (КИСИ) в I982-I99I г.г.; на научно-технической конференции "Современные методы очистки сточных вод от органических примесей" (г.Челябинск, 1986 г.), на научно-технической конференции "Проблемы эффективности охраны окружающей среды на нефтепромыслах Татарии" (г.Альметьевск, 1988 г.); на технических совещаниях в ПО "Татнефть", НГДУ "Елховнефть", НГДУ "Еавлынефть", Донецком экскаваторном заводе, на межкафедральном научном семинаре в Санкт-Петербургском государственном архитектурно-строительном университете (г.Санкт-Петербург, 1997 г.). Все доклады получили положительную оценку.
По теме диссертации опубликовано 40 работ, получено б автор-
ских свидетельств на изобретения.
Блочные гидроциклонные установки типа БГС-3000 и BF0-300 экспонировались на ВДНХ СССР; разработки награждены серебряной медалью ВДНХ СССР, а также медалью Академии Наук СССР. Результаты исследований по теме диссертации представлялись на различные республиканские, всесоюзные и международные конкурсы научных работ.
Объём диссертации.Дкссертация состоит из введения, семи глав, перечня литературы, включающего 131 наименование^ 24 приложения. Основной текст диссертации содержит 229 страниц, включающих 112 рисунков на 51 странице, 21 таблицу на 18 страницах и список использованных литературных источников на 14 страницах. Приложения содержат 48 страниц.